Демон Максвелла

Важный элемент мысленного эксперимента крупного английского физика Максвелла. Предназначался для нападения на второй принцип термодинамики. В мысленном эксперименте Максвелла рядом с отверстием в переборке, разделяющей сосуд с движущимися молекулами, располагается гипотетическое существо / механизм / энергетическая плёнка. Демон пропускает в одну сторону быстрые «горячие» молекулы, а в другую — медленные «холодные». Вроде нормально. Разработали же разные несимметричные материалы, значит, и до этого дойдёт. Проблема-то в чём?

В том, что демон Максвелла нарушает второй закон термодинамики. Что из этого получается:

• Мы можем получать дармовую энергию просто из окружающей среды за счёт её охлаждения (создать очень высокую температуру в одной половине сосуда и очень низкую — в другой).
• Другими словами, это вечный двигатель второго рода: КПД 100 %, любая энергия утилизируется полностью.
• В необозримо далёком будущем демон Максвелла позволил бы предотвратить Тепловую Смерть Вселенной. Ну, хотя бы теоретически, т. к. технологически неясно, как можно построить такой циклопический фильтр. И то, не факт, что произойдёт именно тепловая смерть Вселенной: космос может, наоборот, схлопнуться обратно в сингулярность.

Современные физики типа Хокинга, обосновывая невозможность демона Максвелла, ссылаются на уменьшение энтропии в области, в которой он работает.

Для совсем маленьких

У нас есть демон Максвелла в лице испарения. Ну все помнят, да? Горячее, агрессивное и амбициозное - расталкивая всех локтями стремится вверх, холодное, спокойное, печально оседает вниз. Теперь убираем давление. В соседней статье можно почитать подробнее, но если вкратце, вода вскипит, часть её испарится, часть замерзнет в виде льда. Вроде бы, всё верно - холодное отделено от горячего, и это самое горячее можно пустить на работу, например крутить турбину (в ходе чего горячее, совершая механическую работу, станет холодным). Но есть пара тонкостей. Во-первых, энергия передается не только посредством конвекции, но и посредством излучения. Для того, чтобы отделить зерна от плевел, мало разделить горячие и холодные молекулы, нужно ещё и помешать им совершить теплообмен. Кроме этого, они также будут активно нагревать окружающее пространство. О-кей, давайте снабдим наш чайник имени демона Максвелла теплоизолированной крышкой с клапаном. Что у нас получилось? правильно, автоклав. Если его не греть - там все атомы будут одной температуры, и отделять будет нечего. Так как это - обычное состояние материи, зайдем с другой стороны - вот мы уже разделили горячий пар и холодный лёд, и что дальше? А дальше у нас машина Стирлинга, которая занимается перекачкой тепла из горячего к холодному, пока их температуры не сравняются. Не очень-то похоже на вечный двигатель, да? Да. Потому что для того, чтобы эта машина работала, одну часть придется нагревать, а вторую - охлаждать, то есть на это всё надо тратить энергию. Точно так же как надо потратить энергию чтобы компрессор холодильника нагрел радиатор и охладил пельмени в морозильной камере. Точно также, как надо потратить энергию, чтобы поднять гирю на веревке, которая опускаясь будет заставлять часы тикать. Иными словами, в своем эксперименте Максвелл забыл об очень важной части системы - демону Максвелла нужно ЖРАТЬ, иначе у него не будет сил на сортировку молекул. А эта энергия - сюрприз - в идеале равна энергии сортируемого газа, а учитывая потери на работу и побочные нужды - энергии нужно значительно больше.

Примеры

Литература

• Братья Стругацкие, «Понедельник начинается в субботу». Один открывает двери института, другой — закрывает, а в свободное время они играют в самую стохастическую из игр — в орлянку.
  • Как и обычные сторожа, подвержены взяткам.
  • «Им подсунули рулетку, спертую у Привалова, чтобы забыли про обязанности.» «Макродемоны резались в рулетку. Это была моя рулетка. Я сам смастерил её для одной вечеринки и держал за шкафом в электронном зале, и знал об этом один только Витька Корнеев». Это не взятка. Взятку дают в обмен на обещание что-то (не) сделать, а Витька вряд ли чего-то от них потребовал.
• В рассказе Сергея Снегова «Право на поиск» одного из героев называли «Повелителем Демонов Максвела» «…почему я ношу странную кличку Повелитель Демонов? Я, естественно, поправил: не Повелитель Демонов вообще, а Повелитель Демонов Максвелла… Мне удалось реально осуществить гениальную идею Максвелла».
• В «Кибериаде» Станислава Лема демон Максвелла упоминается как «демон первого рода». Герои книги создают «демона второго рода», способного извлекать осмысленную информацию из движения молекул воздуха.
• В фэнтези Кристофера Сташефа «Маг при дворе Её Величества», «Маг-целитель», «Маг, связанный клятвой» демон Максвелла вызван заклинанием и по свойствам напоминает волшебного джинна. Он соглашается выполнять желания главного героя, потому что тот хорошо знает законы физики. Выглядит как «бесконечно яркая» точка, парящая в воздухе. В произведениях сам демон называет себя демоном порочности.
• В своем одноимённом эссе Кен Кизи переводит парадокс из области термодинамики в область социологии простой заменой «тепла» на «добро» и «холода» на «зло», доказывая таким образом несостоятельность западной системы ценностей.
• В произведении «Любой крутой чувак» Пола Ди Филиппо демоны Максвелла обеспечивают энергией страну «Земля Максвелла», находящуюся на территории Африки. На основе этой энергии строится политико-независимое научно-техническое утопичное общество.
• В романе Томаса Пинчона «Выкрикивается лот 49» описывается устройство, так называемая «машина Нефастиса», в которой используется демон Максвелла; чтобы его активировать, следует «пристально глядя на фото Джеймса Максвелла, сосредоточить мысль на одном из цилиндров — правом или левом, и тогда демон именно в этом цилиндре поднимает температуру».
• В романе Макса Фриша «Homo Фабер» диссертация главного героя носит название «О значении так называемого максвелловского демона».
• В ранобэ «Mondaiji-tachi ga Isekai Kara Kuru Sou Desu yo?» является одним из отрицательных персонажей.

Кино

• В фильме «Бархатная золотая жила» фигурирует альтер-эго рок-звезды Брайана Слэйда «Демон Максвелл».

Телесериалы

• В 11 серии 5 сезона сериала «Числа» о сути эксперимента рассказывает Чарльз, на что его отец, Алан, парирует, что в жизни ничто не работает вечно — обязательно что-либо сломается, тем самым нарушив парадокс.

Аниме и манга

• В манге «Моя богиня!» демон Максвелла находится в переднем конце черенка метлы Беллданди (Верданди). Благодаря тому, что демон пропускает только быстрые молекулы газов воздуха в одном направлении, создается реактивная тяга и метла может летать. Изображен в виде миниатюрного Дж. Максвелла в карикатурном виде.
• В манге «Стальной алхимик» все алхимики способны переводить из одного состояния в другое энергию и преобразовывать форму и целостность материи (так называемому демону Максвелла энергия предоставляется из энергии земной коры, образующейся после катаклизмов и извержений вулканов), а также заключать человеческие души в философский камень, который может быть использован для последующего извлечения из него энергии и преобразования в физические объекты и энергию любого типа.
• В аниме El Cazador у главной героини Эллис есть пробуждающаяся сила, способная контролировать демона Максвелла.

Видеоигры

• В браузерной игре Elements есть игровая карта, вызывающая Демона Максвелла, который способен убить любое существо, чей урон превышает его очки здоровья.
• В браузерной игре «Годвилль» есть монстр по имени Демон Максвелла и задание «спасти кота Шрёдингера, засунутого демоном Максвелла в резонатор Гельмгольца».
• В Max Payne 2 также присутствует персонаж телешоу «Капитан Бейсбольная Бита» по имени Демон Максвелла.
• Neverwinter Nights 2: Mask of the Betrayer. По сюжету игроку необходимо отделить ледяных мефитов от огненных, чтобы получить один из четырех камней душ.
• Don't Starve. Демон Максвелл отправил главного героя Уилсона в мир, где он должен выжить. Также присутствует как играбельный персонаж.

Настольные игры

• Эра Водолея — Демон Максвелла является одним из демонов, которых могут призывать маги этого сеттинга. На самом деле «Демон Максвелла» — это прозвище, данное ему магами, а его настоящее имя Ахалибас. Специализируется на открывании и закрывании дверей и замков и больше почти ничем не интересуется.